“工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)”課程教學(xué)改革探索與實(shí)踐*
——以“中國(guó)太空站靈活的機(jī)器人手臂展科技實(shí)力”為案例

溫成卓 ，劉 紅 ，鄭 虎 ，趙艷妮

（云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，云南 昆明 650203）

全面落實(shí)全國(guó)高校思想政治工作會(huì)議及教育部印發(fā)的《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》（教高〔2020〕3 號(hào)）的要求，把思想政治教育貫穿人才培養(yǎng)體系，全面推進(jìn)高校課程思政建設(shè)，發(fā)揮好每門(mén)課程的育人作用，提高高校人才培養(yǎng)質(zhì)量[1]。構(gòu)建“三全育人”的思政工作新格局，將課程思政充分與學(xué)院“雙高”建設(shè)深度融合，強(qiáng)化課程育人導(dǎo)向，鼓勵(lì)學(xué)校積極開(kāi)展“課程思政”示范課程和典型案例評(píng)選工作?；诖?，課題組以“工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)”課程為例，深入挖掘課程所蘊(yùn)含的思想政治育人元素和所承載的德育功能，圍繞全面提高人才培養(yǎng)能力這一核心點(diǎn)，圍繞政治認(rèn)同、家國(guó)情懷、文化素養(yǎng)、道德修養(yǎng)等重點(diǎn)優(yōu)化課程思政內(nèi)容供給[2-4]。以社會(huì)主義核心價(jià)值觀和中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化教育為靈魂和主線，以專業(yè)知識(shí)、技能為載體，達(dá)到知識(shí)傳授、能力培養(yǎng)、價(jià)值塑造“三位一體”的教學(xué)目標(biāo)，打造專業(yè)教育與思政教育的協(xié)同效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)專業(yè)課程與思政課程同向同行的育人格局[5-7]。

1 課程介紹

“工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)”課程是工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)的一門(mén)專業(yè)核心課程，是在相關(guān)專業(yè)課程學(xué)完后的一門(mén)綜合性理實(shí)一體化課程，是一門(mén)跨多個(gè)學(xué)科的綜合性技術(shù)課程，涉及自動(dòng)化控制、計(jì)算機(jī)、傳感器、電子技術(shù)、PLC 控制技術(shù)和機(jī)械工程等多種學(xué)科的內(nèi)容。本課程的先導(dǎo)課程有“電工電子技術(shù)及應(yīng)用”“電氣控制與PLC”“機(jī)電設(shè)備控制基礎(chǔ)”“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”“機(jī)電設(shè)備故障診斷與維修”等，經(jīng)過(guò)這幾門(mén)課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生已具備一定的機(jī)械機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)、電氣電子元件識(shí)別和使用、機(jī)電設(shè)備控制、PLC 編程等能力。本課程旨在培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手操作工業(yè)機(jī)器人，利用仿真軟件對(duì)機(jī)器人動(dòng)作進(jìn)行編程仿真，結(jié)合PLC 控制、智能視覺(jué)系統(tǒng)完成機(jī)器手臂在現(xiàn)代智能工業(yè)生產(chǎn)線中的復(fù)雜動(dòng)作任務(wù)的能力，使學(xué)生能夠?qū)⑺鶎W(xué)到的相關(guān)專業(yè)知識(shí)貫通運(yùn)用，掌握普遍工業(yè)機(jī)器人的基本操作。通過(guò)在教學(xué)過(guò)程中引入思想政治育人元素，培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)道德意識(shí)和職業(yè)素質(zhì)養(yǎng)成意識(shí)以及創(chuàng)新思維能力，培養(yǎng)學(xué)生的愛(ài)國(guó)主義情懷，建立“四個(gè)自信”，增強(qiáng)“四個(gè)意識(shí)”，做到“兩個(gè)維護(hù)”。

2 教學(xué)設(shè)計(jì)

本課程以工業(yè)機(jī)器人常用的技術(shù)原理與應(yīng)用知識(shí)為載體，按基于工作過(guò)程的項(xiàng)目化教學(xué)思路進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)課程的知識(shí)和技能點(diǎn)設(shè)計(jì)6 個(gè)教學(xué)項(xiàng)目，深入分析每個(gè)教學(xué)項(xiàng)目的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)和挖掘合理的思想政治育人元素融入到教學(xué)過(guò)程中，突出學(xué)生為主體，啟發(fā)學(xué)生善于觀察、自主思考，提高學(xué)生觀察、判斷、分析與解決問(wèn)題的能力。通過(guò)課程思政教育，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、團(tuán)結(jié)協(xié)作、認(rèn)真負(fù)責(zé)的職業(yè)素養(yǎng)，堅(jiān)定學(xué)生理想信念，切實(shí)提升立德樹(shù)人的成效[8-11]。“工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)”課程教學(xué)整體設(shè)計(jì)如表1所示。

3 教學(xué)實(shí)施

以項(xiàng)目五“工業(yè)機(jī)器人在線編程與調(diào)試”為例，以“中國(guó)太空站靈活的機(jī)器人手臂展科技實(shí)力”為主題的課程教學(xué)實(shí)施過(guò)程如下。

3.1 學(xué)情分析

高職院校學(xué)生具有較為鮮明的自身特點(diǎn)，其思想較為成熟，易于接受新鮮事物，課堂表現(xiàn)活躍，但是學(xué)習(xí)積極性、主動(dòng)性不夠，對(duì)于實(shí)踐性教學(xué)內(nèi)容更為感興趣。通過(guò)前面的學(xué)習(xí)內(nèi)容，學(xué)生已經(jīng)熟悉掌握了工業(yè)機(jī)器人的基本操作、編程語(yǔ)言和編程標(biāo)準(zhǔn)格式，但還無(wú)法實(shí)現(xiàn)讓機(jī)器人按編好的程序自動(dòng)運(yùn)行和在線調(diào)試。

3.2 案例介紹

觀看展示中國(guó)太空站機(jī)械臂先進(jìn)水平的視頻，增強(qiáng)學(xué)生們對(duì)我國(guó)科技實(shí)力提升的國(guó)家認(rèn)同感和愛(ài)國(guó)情懷，通過(guò)對(duì)視頻中關(guān)鍵技術(shù)的解讀，讓學(xué)生對(duì)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)和應(yīng)用產(chǎn)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣，進(jìn)而引出工業(yè)機(jī)器人編程與調(diào)試課堂教學(xué)內(nèi)容的講解。以視頻中太空站機(jī)械手臂搬運(yùn)、連接、安裝太空艙的工作過(guò)程為示例，設(shè)置“機(jī)器人裝配物料、搬運(yùn)成品入庫(kù)”的工業(yè)機(jī)器人在線編程與調(diào)試章節(jié)項(xiàng)目任務(wù)。將任務(wù)細(xì)化分工到各個(gè)小組，各小組學(xué)習(xí)工業(yè)機(jī)器人在線編程與調(diào)試的教學(xué)內(nèi)容，完成各自任務(wù)，并通過(guò)分工協(xié)作的方式，組合完成整個(gè)項(xiàng)目的大任務(wù)。在完成項(xiàng)目過(guò)程中，鍛煉學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的編程能力、團(tuán)隊(duì)合作能力和競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)。項(xiàng)目總結(jié)階段，教師介紹中國(guó)“航天四老”等老一輩航天領(lǐng)軍人物的事跡，總結(jié)本次項(xiàng)目任務(wù)的完成情況，通過(guò)老一輩航天領(lǐng)軍人物的事跡，鼓舞和培養(yǎng)學(xué)生勇于克服困難、不畏艱險(xiǎn)、砥礪前行的精神。

3.3 教學(xué)實(shí)施過(guò)程

教學(xué)實(shí)施過(guò)程注重思想政治育人元素與教學(xué)內(nèi)容的無(wú)縫對(duì)接，注重時(shí)事熱點(diǎn)話題的思政要素提煉和轉(zhuǎn)換。在教學(xué)環(huán)節(jié)中，充分利用網(wǎng)絡(luò)云課堂平臺(tái)開(kāi)展信息化教學(xué)，采取“課前咨詢預(yù)習(xí)，課中導(dǎo)學(xué)匯報(bào)，課后鞏固拓展”方式全方位開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)。

3.3.1 課前咨詢

開(kāi)課前一天，教師在云課堂中上傳思政視頻和相關(guān)學(xué)習(xí)資料，并發(fā)布課前預(yù)習(xí)作業(yè)。學(xué)生通過(guò)云課堂客戶端查看課前預(yù)習(xí)作業(yè)，自主觀看思政視頻和學(xué)習(xí)設(shè)備資料并完成課前作業(yè)，撰寫(xiě)觀后感。資源內(nèi)容包括中國(guó)太空站機(jī)器人手臂自動(dòng)運(yùn)行完成復(fù)雜任務(wù)的視頻和工業(yè)機(jī)器人在編程及調(diào)試的微課視頻。

3.3.2 課中課堂引入

首先，利用云課堂進(jìn)行簽到，規(guī)范學(xué)生時(shí)間意識(shí)。教師播放中國(guó)太空站機(jī)器人手臂自動(dòng)運(yùn)行完成復(fù)雜任務(wù)的視頻，通過(guò)云課堂抽查學(xué)生談?dòng)^后感。在太空環(huán)境使用機(jī)器人手臂完成空間站外的操作任務(wù)，大大降低了人為操作的危險(xiǎn)，提高了工作效率。進(jìn)而拋出問(wèn)題：如何讓機(jī)器人手臂能夠自動(dòng)完成復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)？引出本節(jié)的授課內(nèi)容：工業(yè)機(jī)器人在線編程與調(diào)試。學(xué)生匯報(bào)思政視頻觀后感，匯報(bào)作業(yè)完成情況，每組匯報(bào)都要總結(jié)，提出優(yōu)點(diǎn)和不足。

3.3.3 課中教學(xué)內(nèi)容講解

教師通過(guò)PPT、微課視頻等方式講解機(jī)器人系統(tǒng)控制關(guān)系，演示工業(yè)機(jī)器人的通信設(shè)置、在線編程、示教器找點(diǎn)、在線調(diào)試的操作方法。學(xué)生理解機(jī)器人系統(tǒng)控制關(guān)系，記錄操作技能步驟，學(xué)習(xí)系統(tǒng)內(nèi)部控制關(guān)系有助于理解和掌握知識(shí)和技能點(diǎn)。

3.3.4 課中任務(wù)布置和任務(wù)學(xué)習(xí)

教師將本節(jié)任務(wù)分解為三個(gè)子任務(wù)，分別為機(jī)器人裝配物料、機(jī)器人運(yùn)送成品工件、機(jī)器人入庫(kù)工件。在云課堂中下達(dá)任務(wù)書(shū)和任務(wù)學(xué)習(xí)資料，學(xué)生接收任務(wù)并以小組的形式學(xué)習(xí)任務(wù)資料，并完成任務(wù)書(shū)中內(nèi)容，準(zhǔn)備好匯報(bào)資料。

3.3.5 課中分組任務(wù)匯報(bào)

學(xué)生分組匯報(bào)設(shè)計(jì)程序和任務(wù)注意事項(xiàng)。教師聽(tīng)取每組匯報(bào)，總結(jié)匯報(bào)內(nèi)容，對(duì)學(xué)生任務(wù)匯報(bào)情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。教師根據(jù)總體任務(wù)的控制要求向各組提出分任務(wù)銜接要求，各組相互協(xié)作完成“機(jī)器人裝配物料、搬運(yùn)成品入庫(kù)”在線編程和調(diào)試的總體任務(wù)程序設(shè)置。

3.3.6 課中任務(wù)實(shí)施與實(shí)操

學(xué)生分組完成操作任務(wù)，并協(xié)作完成分組任務(wù)的銜接和“機(jī)器人裝配物料、搬運(yùn)成品入庫(kù)”的總體任務(wù)，其他組完成課堂測(cè)試作業(yè)，在操作過(guò)程中發(fā)揮團(tuán)隊(duì)合作、精益求精的工匠精神。教師指導(dǎo)實(shí)操，現(xiàn)場(chǎng)填寫(xiě)項(xiàng)目考核表，糾正錯(cuò)誤操作，進(jìn)行課堂測(cè)試答疑，考核學(xué)生操作過(guò)程中知識(shí)、能力和素質(zhì)目標(biāo)的完成情況。

3.3.7 課中任務(wù)總結(jié)和評(píng)價(jià)

教師總結(jié)任務(wù)完成情況，評(píng)價(jià)各組在完成任務(wù)過(guò)程中的優(yōu)良表現(xiàn)，講解錢(qián)學(xué)森及“航天四老”的航天事跡，剖析在物質(zhì)條件和生活條件極度貧乏的環(huán)境下，科學(xué)家們以國(guó)家利益為重作出的突出貢獻(xiàn)，激發(fā)學(xué)生的愛(ài)國(guó)主義精神和工匠精神，升華課程主題。學(xué)生分組總結(jié)任務(wù)收獲，完成組內(nèi)互評(píng)環(huán)節(jié)。

3.3.8 課后新任務(wù)布置

教師在云課堂中上傳“大國(guó)重器-智造先鋒”視頻和下節(jié)課“工業(yè)機(jī)器人與視覺(jué)系統(tǒng)通信”學(xué)習(xí)資料，發(fā)布新課程任務(wù)。學(xué)生課后鞏固本節(jié)課程知識(shí)，拓展學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)并接受新任務(wù)，搜集學(xué)習(xí)新任務(wù)資料，做好下節(jié)分組匯報(bào)工作。

4 課程案例教學(xué)效果

1）學(xué)生通過(guò)觀看中國(guó)太空站機(jī)器人手臂自動(dòng)運(yùn)行完成復(fù)雜任務(wù)的視頻，對(duì)中國(guó)的科技實(shí)力羨慕不已，產(chǎn)生了極大的民族自豪感。對(duì)本次教學(xué)內(nèi)容“工業(yè)機(jī)器人在線編程與調(diào)試”產(chǎn)生了濃厚的學(xué)習(xí)興趣。

2）學(xué)生通過(guò)課前資料學(xué)習(xí)和課上匯報(bào)環(huán)節(jié)，能夠初步掌握本節(jié)知識(shí)點(diǎn)，鍛煉了自主學(xué)習(xí)能力、對(duì)資料的總結(jié)歸納能力及語(yǔ)言表達(dá)能力。

3）教師將演示實(shí)操設(shè)備和操作設(shè)備微課視頻相結(jié)合，學(xué)生能夠更加直觀和有效地了解操作的基本步驟和注意事項(xiàng)，印象更加深刻。

4）利用云課堂平臺(tái)，完成提交作業(yè)統(tǒng)計(jì)、課堂匯報(bào)、任務(wù)評(píng)價(jià)等教學(xué)環(huán)節(jié)，記錄學(xué)生課程數(shù)據(jù)，課程評(píng)價(jià)更加多元化、合理化。

5）通過(guò)教師分享的錢(qián)學(xué)森及“航天四老”的航天事跡，剖析在物質(zhì)條件和生活條件極度貧乏的環(huán)境下，科學(xué)家們以國(guó)家利益為重作出的突出貢獻(xiàn)，激發(fā)了學(xué)生的愛(ài)國(guó)主義精神和工匠精神，升華了課程主題。

5 結(jié)語(yǔ)

對(duì)“工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)”課程進(jìn)行課程教學(xué)改革，根據(jù)課程的6 個(gè)教學(xué)項(xiàng)目，設(shè)計(jì)與教學(xué)項(xiàng)目相關(guān)的思想政治育人元素，并合理地滲透在教學(xué)過(guò)程中。在項(xiàng)目化課堂教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生能夠順利完成學(xué)習(xí)任務(wù)，知識(shí)目標(biāo)、能力目標(biāo)能夠達(dá)成，并得到能力提升。課堂思政要素的融入使素質(zhì)目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)，激發(fā)了學(xué)生的愛(ài)國(guó)情懷和對(duì)科學(xué)文化知識(shí)的追求與渴望，培養(yǎng)了治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、敢于挑戰(zhàn)的科學(xué)精神和一絲不茍、精益求精的工匠精神。同時(shí)，也提高了教師的課程思政教學(xué)能力和思政素養(yǎng)，為相關(guān)課程的改革提供了參考。